上海市城市軌道交通科技攻關項目階段成果匯報 2003年底,在上海市政府領導的直接關心下,上海市科委和上海地鐵運營有限公司認真貫徹科教興市的方針,共同投入1500萬元,以提高上海軌道交通運營的可靠性和安全性為主題,提出了急需解決的8大課題14個科研項目;并通過網上公開招投標,由全國近10家高校、科研單位與上海地鐵運營有限公司共同組成項目組進行攻關。 在上海市科委的管理指導和上海地鐵運營有限公司的全力支持下,各項目組嚴格按照市科委下達的科研計劃任務書的要求完成了任務。市科委組織專家對各項目逐一進行了驗收。至2005年6月28日,14個項目都通過了驗收。其中3個被評為“總體達到了國際先進水平”,10個被評為“達到國內領先水平”,1個被評為“達到國內先進水平”;其中還有2個項目被確認為填補了國內空白。專家們認為,很多項目具有創新點,將對軌道交通的發展產生重大影響,具有較高的社會效益和經濟效益,研究成果在軌道交通行業具有推廣價值。1成果的總體社會效益和經濟效益 1)提高了運營設施設備的可靠性、穩定性,為軌道交通安全運營提供了重要保障。上海軌道交通因設備故障而引起的列車嚴重晚點次數已由2003年的26次降低到2004年的13次,降幅達50%。 2)提高了勞動生產率,減少了列車維修和保養所需的時間。在目前車輛嚴重不足的情況下,依靠技術保障,降低列車備車數,最大限度地提高了列車的投運率,備車數已由2003年的7列減少到目前的4列。列車的日運營里程也由2003年的20624ｋｍ增加到目前的25283ｋｍ,增幅達26%。 3)提高了上海軌道交通系統的可靠性、安全性和運營管理水平,列車晚點發生頻次由2003年的3.46次/百萬列·ｋｍ減少為2004年的1.62次/百萬列·ｋｍ,降幅達53%。乘客對地鐵的滿意率在車輛十分擁擠的條件下仍達到80%以上。 上述成就是在2004年地鐵客流增加約16.5%、車輛滿載率平均達110%等地鐵運營環境更加嚴峻的情況下取得的。隨著這些成果的進一步推廣,其潛在的社會效益和經濟效益必將充分發揮出來。2各項目概況 提高運營設施安全技術監測方式的課題有1)牽引變電站直流1500Ｖ饋出電纜在線監測系統研究 該課題研制成功了高靈敏度高頻電流傳感器和微弱直流電流傳感器,以及多通道同步采集硬件系統,加上新開發的故障診斷專家系統和監控軟件,實現了直流1500Ｖ電纜局部放電和泄漏電流的在線監測。系統具有實時性、開放性和智能性,滿足現場長時間不間斷連續檢測要求,解決了在線監測理論和工程中的一些技術難題,達到了國際先進水平。2)明珠線列車車下走行部在線檢測系統研究 該項目采用平輪信號小波處理方法、軸溫規律模糊識別技術及嵌入式實時技術等,將車號識別與平輪檢測、軸溫檢測相結合(國內首創),實現對車輛走行部狀態的在線檢測;檢測數據可靠、實時,檢測結果和定位準確,總體技術達到國際先進水平。3)城市軌道交通軌道電路基本參數研究 這是一項重要的應用基礎研究。它利用新的測量技術和儀器儀表,提出了一種有效測算軌道電路參數的新方法———開路短路二電壓法,獲取了基于城軌交通整體道床在2～30ｋＨｚ頻率范圍的軌道電路部分參數及與傳輸頻率的關系數據,并對現場實際故障情況進行了分析和研究,為列車自動控制系統的建設、維護提供了技術參考依據。其研究成果達到了國內領先水平。4)地鐵信號系統電磁環境的研究 是一項重要的應用基礎研究。該項目基本了解了牽引電流回流線配置對軌道電路的影響;并分析了軌道電路跳“紅光帶”的機理,分析了影響列車在車站程序定位停車的故障原因。其研究成果對實際工作具有一定的參考和應用價值,達到國內先進水平。 以上課題對解決地鐵車輛、供電、信號、通信系統中的安全監測、電磁干擾等問題起到了關鍵作用。提高車輛運行可靠性和安全性的課題主要有:1)車輛客室車門系統安全及可靠性技術研究與應用課題 該課題首次將國際先進的故障分析技術應用到車輛客室車門系統,提出了采用故障模式影響法(ＦＭＥＡ)和故障樹分析法(ＦＴＡ)分別對塞拉門、內藏門以及外掛門進行系統級的分析研究;并結合2003年上海城市軌道交通車輛客室車門系統存在的故障,進行了具體的有效的技術改進措施近20項,大大降低了車門故障率及車輛下線。同時,該項目針對三種不同類型的車門進行橫向對比研究,在國內外文獻中未見相同報道,具有新穎性,符合該領域技術發展方向。項目具有較高的社會效益和經濟效益,總體達到了國內領先水平。2)車載微機控制系統和插件板測試裝置研制 課題組在技術資料缺乏的情況下,進行剖析電路板和系統的功能,研制開發車載微機控制系統和插件板測試裝置。該裝置功能完善,能實現對ＴＣＵ及其插件板的地面靜態測試,大大縮短維修和故障診斷時間,提高車載電子設備的可靠性,滿足了車輛檢修要求。其軟件系統具有友好的人機界面,測試快速準確,輸出信息清晰明了,功能先進。該成果填補了國內空白,總體處于國內領先,且為下一步ＴＣＵ系統及其電子插件板的國產化打下了良好基礎。3)ＤＣ01型電動列車輔助逆變器的起動失效的分析研究及控制器優化研究 該課題探明了車輛輔助逆變器起動失效的故障機理,并采用分級起動與專用ＤＣ/ＤＣ變換器的方案,有效地解決了由蓄電池電壓跌落所造成的無法起動及采用應急電池起動時所存在的問題,并成功地經受了裝車運行考核,完全符合實際需要,現已推廣到全部直流列車逆變器上。將分級起動策略應用于車輛輔助逆變器中以改進其起動失效的狀況,具有創新性。蓄電池電壓在其規定的波動范圍內實現輔助逆變器正常起動這一技術指標已達到國際先進產品的同等水平。 上述課題大大地提高了投運列車的可靠性、穩定性,為安全運營提供了保障。如車門故障率和輔助逆變器斷電起動故障率都下降到歷史最低點。確保電調安全和救援設備的項目有:1)軌道交通電力調度典型操作票系統 通過ＳＣＡＤＡ實時信息的鏡像,實現了軌道交通電力調度典型和臨時操作票開票功能,并具有電力系統圖生成、操作票培訓考試、調度交接班及調度日志生成等功能,且可通過權限管理對該系統實現ＷＥＢ網絡瀏覽查詢。其創新點是:典型操作票系統通過點擊圖形直接生成并與實時ＳＣＡＤＡ系統進行安全性校驗;圖形的生成與瀏覽器環境有機結合,可在網上進行操作票培訓、考試。系統使用直觀、方便、靈活,強化了調度監控手段,填補了軌道交通電力調度應用方面的空白,技術水平國內領先。2)電客列車救援運載小車 運載小車解決了電客列車輪對故障時的救援要求,使故障列車能迅速撤離現場,保證線路暢通。該車構思巧妙,采用模塊化設計,便于拆裝,達到了輕量化要求,具有新穎性、先進性,總體技術國內領先。 其他一些課題如:采用“均衡維修”提升列車可靠性及投運率的研究,上海軌道交通運營安全性與可靠性研究,上海城市軌道交通Ｒ線運輸組織優化研究,軌道交通運營設施安全及事故應急處置研究等,雖屬軟課題,但研究深度和實用性都很強,將對地鐵系統的安全運營管理、快捷準點和舒適服務起到指導性的作用,總體上都達到國內領先水平。 如“采用‘均衡維修’提升列車可靠性及投運率的研究”,研究的就是如何調整列車的維修管理體制,掌握列車零部件狀態周期,創造合適的維修條件,從而可以大大縮短列車的維修停庫時間,提高列車的利用率,降低維修成本。該課題立意新穎、理念清晰,方案可行,同時也有拓展的空間。 而“上海軌道交通系統安全性與可靠性研究及其評估軟件研制”課題組,采用初步危害分析方法對上海軌道交通系統各種潛在的事故進行了安全性研究,分析確定了相應的危險狀態及其發生頻率、相應的觸發事件及其發生概率,得出了各潛在事故的危害等級;研究的創新點在于突破以往對軌道交通系統單一設備或單一過程的研究局限,考慮整個系統中人-機-環境相互作用下安全性與可靠性的有關問題;提出了軌道交通系統可靠性模型、可靠性指標體系、平均運營故障間隔時間、平均運營故障恢復時間及穩態運營利用率計算公式。其中軌道交通危險源的分析已直接運用到日常的運營安全管理之中。3成果的意義 本次軌道交通科技攻關課題是貫徹“科學技術是第一生產力”、走中國特色的自主創新之路在上海軌道交通領域的一次成功實踐;它們的順利完成將提高上海軌道交通運營的安全性、可靠性。同時,本次軌道交通科技攻關課題的成功也是上海市科委和上海地鐵運營有限公司走“產、學、研”緊密結合、“以應用為導向”道路的一次成功探索。